FR3069961A1 - Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons - Google Patents

Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons Download PDF

Info

Publication number
FR3069961A1
FR3069961A1 FR1757528A FR1757528A FR3069961A1 FR 3069961 A1 FR3069961 A1 FR 3069961A1 FR 1757528 A FR1757528 A FR 1757528A FR 1757528 A FR1757528 A FR 1757528A FR 3069961 A1 FR3069961 A1 FR 3069961A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
zone
oxidizer
inlet
fuel
homogenization
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1757528A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3069961B1 (fr
Inventor
Eric Pinton
Jean-Philippe Poirot-Crouvezier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority to FR1757528A priority Critical patent/FR3069961B1/fr
Priority to CN201880058216.XA priority patent/CN111052469B/zh
Priority to PCT/FR2018/051892 priority patent/WO2019025701A1/fr
Priority to EP18773527.9A priority patent/EP3662529A1/fr
Publication of FR3069961A1 publication Critical patent/FR3069961A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3069961B1 publication Critical patent/FR3069961B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/026—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant characterised by grooves, e.g. their pitch or depth
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H01M8/0265—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant the reactant or coolant channels having varying cross sections
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

L'invention concerne une plaque bipolaire (5) pour pile à combustible à membrane échangeuse de protons (113), comportant : -un collecteur d'entrée de comburant et un collecteur de sortie de comburant; -des canaux d'écoulement (541) de comburant d'une zone active (54) ; -une zone d'homogénéisation d'entrée (52); -une zone d'homogénéisation d'échappement; Pour un nombre de Reynolds de l'écoulement du comburant dans la zone d'homogénéisation d'échappement compris entre 1000 et 2000 : -des pertes de charge linéaires à travers la zone d'homogénéisation d'échappement constituent plus de 80 % des pertes de charge dP2 entre la zone active (54) et le collecteur de sortie de comburant; -la valeur dP2/dP1 est au moins égale à 2, avec dP1 les pertes de charges entre le collecteur d'entrée de comburant et la zone active (54).

Description

PLAQUE BIPOLAIRE POUR AMELIORER LE RENDEMENT D'UNE PILE A COMBUSTIBLE A MEMBRANE ECHANGEUSE DE PROTONS.
FR 3 069 961 - A1 tü/J L'invention concerne une plaque bipolaire (5) pour pile à combustible à membrane échangeuse de protons (113), comportant:
-un collecteur d'entrée de comburant et un collecteur de sortie de comburant;
-des canaux d'écoulement (541) de comburant d'une zone active (54); -une zone d'homogénéisation d'entrée (52);
-une zone d'homogénéisation d'échappement;
Pour un nombre de Reynolds de l'écoulement du comburant dans la zone d'homogénéisation d'échappement compris entre 1000 et 2000 :
-des pertes de charge linéaires à travers la zone d'homogénéisation d'échappement constituent plus de 80 % des pertes de charge dP2 entre la zone active (54) et le collecteur de sortie de comburant;
-la valeur dP2/dP1 est au moins égale à 2, avec dP1 les pertes de charges entre le collecteur d'entrée de comburant et la zone active (54).
PLAQUE BIPOLAIRE POUR AMELIORER LE RENDEMENT D’UNE PILE A COMBUSTIBLE A MEMBRANE ECHANGEUSE DE PROTONS
L’invention concerne les réacteurs électrochimiques à assemblages membrane-électrodes, tels que les piles à combustibles à basse température. L’invention concerne en particulier l’optimisation du rendement énergétique d’une pile à combustible à membrane échangeuse de protons.
Les piles à combustible sont par exemple envisagées comme système d’alimentation électrique pour des véhicules automobiles produits à grande échelle dans le futur, ainsi que pour un grand nombre d'applications. Une pile à combustible est un dispositif électrochimique qui convertit de l'énergie chimique directement en énergie électrique. Un combustible tel que du dihydrogène ou du méthanol est utilisé comme carburant de la pile à combustible.
Dans le cas du dihydrogène, celui-ci est oxydé et ionisé sur une électrode de la pile et un comburant est réduit sur une autre électrode de la pile. La réaction chimique produit de l’eau au niveau de la cathode, de l'oxygène étant réduit et réagissant avec les protons. Le grand avantage de la pile à combustible est d'éviter des rejets de composés polluants atmosphériques sur le lieu de génération d'électricité.
Les piles à combustible à membrane d'échange de protons, dites PEM, fonctionnent à basse température et présentent des propriétés de compacité particulièrement intéressantes. Chaque cellule comprend une membrane électrolytique permettant seulement le passage de protons et non le passage des électrons. La membrane comprend une anode sur une première face et une cathode sur une deuxième face pour former un assemblage membrane/électrodes dit AME.
Au niveau de l'anode, le dihydrogène est ionisé pour produire des protons traversant la membrane. Les électrons produits par cette réaction migrent vers une plaque d’écoulement, puis traversent un circuit électrique externe à la cellule pour former un courant électrique. Au niveau de la cathode, de l'oxygène est réduit et réagit avec les protons pour former de l'eau.
La pile à combustible peut comprendre plusieurs plaques dites bipolaires, par exemple en métal, empilées les unes sur les autres. La membrane est disposée entre deux plaques bipolaires. Les plaques bipolaires peuvent comprendre des canaux et orifices d’écoulement pour guider les réactifs et les produits vers/depuis la membrane, pour guider du liquide de refroidissement, et pour séparer différents compartiments. Les plaques bipolaires sont également électriquement conductrices pour former des collecteurs des électrons générés au niveau de l’anode. Selon une conception relativement fréquente, une plaque bipolaire est formée de deux tôles métalliques assemblées par soudage et
ICG011151 FR Depot Texte.docx ménageant généralement entre elles des canaux d’écoulement d’un liquide de refroidissement.
Les plaques bipolaires ont également une fonction mécanique de transmission des efforts de serrage de l’empilement, nécessaire à la qualité du contact électrique. Des couches de diffusion gazeuse sont interposées entre les électrodes et les plaques bipolaires et sont en contact avec les plaques bipolaires. Une conduction électronique est réalisée à travers les plaques bipolaires, une conduction ionique étant obtenue à travers la membrane.
Les plaques bipolaires alimentent en continu les surfaces réactives des électrodes en réactifs, au fur et à mesure de leur consommation. Les plaques bipolaires comportent des réseaux de canaux d’écoulement assurant la distribution des réactifs dans les zones réactives. Les réseaux de canaux d’écoulement sont connectés entre des collecteurs d’entrée et de sortie, traversant généralement l’empilement de part en part. Chaque collecteur est entouré par un joint pour éviter le mélange des différents fluides circulant dans la pile. Une zone d’homogénéisation raccorde le plus souvent un collecteur d’entrée ou de sortie à des canaux d’écoulement. La fonction des zones d’homogénéisation est d’obtenir un écoulement d’un réactif avec une pression et un débit le plus homogènes possibles à travers les différents canaux d’écoulement. Le passage des réactifs d'un collecteur d'entrée vers un collecteur de sortie, à travers les canaux d'écoulement d'une zone active, induit une perte de charge.
La perte de charge dans les canaux cathodiques présente en général un niveau suffisamment élevé pour permettre l’évacuation d’eau liquide produite par la réaction.
Le rendement de la pile à combustible augmente avec la pression de comburant dans les canaux d’écoulement de la zone active. Une pompe comprime donc généralement le comburant pour alimenter un collecteur d’entrée en comburant sous pression, et pour a minima compenser la perte de charge de la ligne cathodique. Pour optimiser le rendement énergétique du système pile à combustible, la pression du comburant ne doit pas atteindre un niveau excessif, la consommation électrique de la pompe augmentant avec le niveau de pression de comburant appliqué. Il existe donc une pression optimale de fonctionnement qui maximise le rendement du système pile à combustible.
Du fait des pertes de charge dans la zone d’homogénéisation d’entrée, entre le collecteur d’entrée de comburant et les canaux d’écoulement cathodiques, la pression appliquée par le compresseur en entrée de collecteur d’entrée de comburant doit correspondre à la pression optimale dans la zone active, relevée de l’amplitude de ces pertes de charge. Afin de pouvoir maintenir
ICG011151 FR Depot Texte.docx cette pression optimale dans la zone active, il est également nécessaire de maintenir des pertes de charge relativement élevées en aval de la zone active.
La perte de charge en ligne dans la zone d’homogénéisation d’échappement étant insuffisante pour garantir une pression optimale dans la zone active, il est connu de placer une vanne de contre-pression en aval du collecteur de sortie de comburant.
Une telle vanne implique cependant d’inclure un condenseur d’eau et un séparateur gaz/eau entre le collecteur de sortie de comburant et ladite vanne pour pouvoir réguler la pression de comburant sur un gaz sec. De plus, une telle vanne induit d’importantes oscillations de la pression dans la zone active lors du démarrage de la pile en combustible.
Il est également connu de placer des orifices de restriction d’écoulement calibrés en aval du collecteur de sortie de comburant. Il s’agit de limiteurs de débit placés sur le circuit cathodique en aval de la pile. Les pertes de charge sont alors fortement accrues au niveau de ces orifices. La figure 1 est un diagramme schématique du profil de la pression relative dans différentes sections d’un écoulement cathodique, en partant d’un collecteur d’entrée vers un collecteur d’échappement. La zone ZHE correspond à la zone d’homogénéisation d’entrée, la zone ZA correspond à la zone active, la zone ZHS correspond à la zone d’homogénéisation d’échappement, et la zone OC correspond aux orifices calibrés.
De telles piles à combustible munies de limiteur de débit présentent des inconvénients. Les pertes de charge cathodiques ne sont pas suffisantes pour garantir la pression optimale sur toute la gamme du régime de fonctionnement souhaité. Le rendement énergétique du système pile à combustible est alors détérioré. Le rendement énergétique est d’autant plus éloigné du rendement énergétique maximal théorique, que le rendement de compression de la pompe à comburant est élevé. De plus, de telles piles à combustible génèrent des points de rétention d’eau parasites sur l’écoulement, induisant l’utilisation d’un condenseur et d’un séparateur de phase.
L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur une plaque bipolaire pour pile à combustible à membrane échangeuse de protons, comportant :
-un collecteur d’entrée de comburant et un collecteur de sortie de comburant; -des canaux d’écoulement de comburant d’une zone active;
-une zone d’homogénéisation d’entrée reliant les canaux d’écoulement de comburant au collecteur d’entrée de comburant;
-une zone d’homogénéisation d’échappement reliant les canaux d’écoulement de comburant au collecteur de sortie de comburant ;
ICG011151 FR Depot Texte.docx
Pour un nombre de Reynolds de l’écoulement du comburant dans la zone d’homogénéisation d’échappement compris entre 1000 et 2000 :
-des pertes de charge linéaires à travers la zone d’homogénéisation d’échappement constituent plus de 80 % des pertes de charge dP2 entre la zone active et le collecteur de sortie de comburant ;
-la valeur dP2/dP1 est au moins égale à 2, avec dP1 les pertes de charges entre le collecteur d’entrée de comburant et la zone active.
L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.
Selon une variante, la section de passage moyenne dans la zone d’homogénéisation d’entrée est au moins le double de celle de la zone d’homogénéisation d’échappement.
Selon une autre variante, la zone d’homogénéisation d’entrée et la zone d’homogénéisation d’échappement comportent des canaux d’écoulement, les canaux d’écoulement dans la zone d’homogénéisation d’entrée présentant une profondeur au moins double de celle des canaux d’écoulement dans la zone d’homogénéisation d’échappement.
Selon encore une variante, la profondeur des canaux d’écoulement de la zone d’homogénéisation d’entrée est strictement supérieure à celle des canaux d’écoulement de comburant de la zone active.
Selon encore une autre variante, la plaque bipolaire comporte :
-un collecteur d’entrée de carburant et un collecteur d’évacuation de carburant ;
-des canaux d’écoulement de carburant de la zone active ;
-une zone d’homogénéisation d’entrée de carburant reliant les canaux d’écoulement de carburant au collecteur d’entrée de carburant ;
-une zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant reliant les canaux d’écoulement de carburant au collecteur d’évacuation de carburant ;
-une partie de la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant étant superposée à la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant ;
-une partie de la zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant étant superposée à la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant, la somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant étant égale à la somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant.
ICG011151 FR Depot Texte.docx
Selon une variante, la plaque bipolaire comporte :
-un collecteur d’entrée de liquide de refroidissement et un collecteur d’évacuation de liquide de refroidissement ;
-des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement de la zone active ; -une zone de liaison entre le collecteur d’entrée de liquide de refroidissement et lesdits canaux d’écoulement de liquide de refroidissement ;
-une zone de liaison entre le collecteur de sortie de liquide de refroidissement et lesdits canaux d’écoulement de liquide de refroidissement ;
-une partie d’une zone de liaison étant superposée à la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant, la hauteur de la zone de liaison superposée étant supérieure à la hauteur des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement de la zone active.
Selon une variante, la zone d’homogénéisation d’entrée et la zone d’homogénéisation d’échappement comportent des plots en relief.
Selon une autre variante, des pertes de charge linéaires à travers la zone d’homogénéisation d’entrée constituent plus de 80 % des pertes de charge dP1 entre la zone active et le collecteur d’entrée de comburant.
L’invention porte également sur une pile à combustible, comprenant :
-une plaque bipolaire telle que définie précédemment;
-un assemblage membrane/électrodes comprenant une membrane échangeuse de protons et une cathode recouvrant une partie médiane de la membrane échangeuse de protons et recouvrant la zone active de la plaque bipolaire.
Selon une variante, la pile à combustible comprend une pompe configurée pour alimenter le collecteur d’entrée de comburant en comburant sous pression.
Selon une autre variante, ladite pompe présente un rendement de compression de comburant au moins égal à 75 %.
Selon encore une variante, la pile à combustible est dépourvue de condenseur d’eau et de séparateur gaz/eau en aval du collecteur de sortie de comburant.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
-la figure 1 est un diagramme schématique de la pression relative cathodique d’une pile à combustible selon l’état de la technique ;
-la figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un exemple d'empilement d'assemblages membrane/électrodes et de plaques bipolaires pour une pile à combustible;
ICG011151 FR Depot Texte.docx
-la figure 3 est une vue de dessus d’un exemple de plaque bipolaire pour pile à combustible présentant un circuit de refroidissement à courant croisé par rapport aux carburant et comburant à flux parallèles;
-la figure 4 est une vue en coupe schématique d’une pile à combustible au niveau d’une zone d’homogénéisation d’entrée de comburant ;
-la figure 5 est une vue en coupe schématique d’une pile à combustible au niveau d’une zone d’homogénéisation d’échappement de comburant ;
-la figure 6 est une vue de dessus d’un exemple de configuration d’une plaque bipolaire au niveau d’une zone d’homogénéisation d’échappement de comburant ;
-la figure 7 est une vue de dessus d’un autre exemple de configuration d’une plaque bipolaire au niveau d’une zone d’homogénéisation d’échappement de comburant ;
-la figure 8 est un diagramme comparatif des pressions relatives dans différentes sections de différentes configurations de piles à combustible ;
-la figure 9 est un diagramme comparatif de la pression relative en entrée de collecteur d’écoulement pour différentes configurations de piles à combustible ;
-la figure 10 est une vue de dessus d’un exemple de plaque bipolaire pour pile à combustible présentant un circuit de refroidissement à flux parallèle par rapport aux carburant et comburant.
La figure 2 est une vue en perspective éclatée schématique d’un empilement de cellules 1 d'une pile à combustible 4. La pile à combustible 4 comprend plusieurs cellules 1 superposées. Les cellules 1 sont du type à membrane échangeuse de protons ou membrane à électrolyte polymère.
La pile à combustible 4 comprend une source de carburant 40. La source de carburant 40 alimente ici en dihydrogène une entrée de chaque cellule 1. La pile à combustible 4 comprend également une source de comburant 42. La source de comburant 42 alimente ici en air une entrée de chaque cellule 1, l'oxygène de l’air étant utilisé comme oxydant. Chaque cellule 1 comprend également des canaux d'échappement. Une ou plusieurs cellules 1 présentent également un circuit de refroidissement.
Chaque cellule 1 comprend un assemblage membrane/électrodes 110 ou AME 110. Un assemblage membrane/électrodes 110 comprend un électrolyte solide 113, une cathode (non illustrée) et une anode 111 placées de part et d’autre de l’électrolyte et fixées sur cet électrolyte 113. La couche d'électrolyte 113 forme une membrane semi-perméable permettant une conduction protonique tout en étant imperméable aux gaz présents dans la cellule. La couche d’électrolyte empêche également un passage des électrons entre l’anode 111 et la cathode.
ICG011151 FR Depot Texte.docx
Entre chaque couple d’AME adjacents, une plaque bipolaire 5 est disposée. Chaque plaque bipolaire 5 définit des canaux d'écoulement anodiques et des canaux d'écoulement cathodiques sur des faces externes opposées. Des plaques bipolaires 5 définissent avantageusement également des canaux d'écoulement de liquide de refroidissement entre deux assemblages membrane/électrodes successifs. Les plaques bipolaires 5 peuvent être formées chacune de façon connue en soi à partir de deux tôles métalliques conductrices assemblées, par exemple en acier inoxydable, ou en alliage de titane, en alliage d’aluminium, en alliage de nickel ou en alliage de tantale. Chaque tôle définit alors une face externe respective. Les plaques bipolaires 5 peuvent également être obtenues par tout autre procédé, par exemple le moulage ou l’injection à partir de composites carbone-polymère. Les plaques bipolaires 5 peuvent ainsi également être formées d’un seul tenant. Les faces externes de la plaque bipolaire 5 sont alors définies par une telle pièce d’un seul tenant.
L'empilement peut également comprendre des joints d'étanchéité périphériques et des renforts de membrane non illustrés ici. Chaque cellule 1 peut en outre comprendre une couche de diffusion de gaz (non illustrée) disposée entre l'anode et une plaque bipolaire, et une autre couche de diffusion de gaz disposée entre la cathode et une autre plaque bipolaire.
De façon connue en soi, durant le fonctionnement de la pile à combustible 4, de l'air s'écoule entre un AME et une plaque bipolaire, et du dihydrogène s'écoule entre cet AME et une autre plaque bipolaire. Au niveau de l'anode, le dihydrogène est ionisé pour produire des protons qui traversent ΙΆΜΕ. Les électrons produits par cette réaction sont collectés par une plaque bipolaire 5. Les électrons produits sont ensuite appliqués sur une charge électrique connectée à la pile à combustible 4 pour former un courant électrique. Au niveau de la cathode, de l'oxygène est réduit et réagit avec les protons pour former de l'eau. Les réactions au niveau de l'anode et de la cathode sont régies comme suit :
H2 —> 2H+ + 2e au niveau de l'anode ;
4H+ + 4e + O2 —» 2H2O au niveau de la cathode.
Durant son fonctionnement, une cellule 1 de la pile à combustible 4 génère usuellement une tension continue entre l'anode et la cathode de l'ordre de 1V.
La source de comburant 42 comprend typiquement un compresseur pour introduire l’air à une pression donnée à l’entrée des cellules 1. Un tel compresseur reçoit par exemple une consigne de pression d’air, la pression d’air pouvant être régulée par une vitesse de rotation variable du compresseur.
ICG011151 FR Depot Texte.docx
L'empilement des plaques bipolaires 5 et des assemblages membrane/électrodes 110 est destiné à former une pluralité de collecteurs d'écoulement. À cet effet, des orifices respectifs (591 à 596, illustrés à la figure 3) sont ménagés à travers les plaques bipolaires 5 et à travers les assemblages membrane/électrodes 110. Les orifices des plaques bipolaires 5 et des assemblages membrane/électrodes 110 sont disposés en vis-à-vis afin de former les différents collecteurs d'écoulement.
La figure 3 est une vue de dessus schématique d’une plaque bipolaire 5 donnée à titre d’exemple, d’autres configurations de canaux d’écoulement pouvant être envisagées. Les plaques bipolaires 5 comportent ainsi des orifices 591 et 593 au niveau d'une première extrémité longitudinale, des orifices 595 et 596 au niveau d'une deuxième extrémité longitudinale, un orifice 593 au niveau d’une première extrémité latérale, et un orifice 594 au niveau d’une deuxième extrémité latérale.
L'orifice 591 sert par exemple pour former un collecteur d'alimentation en carburant, l'orifice 596 sert par exemple pour former un collecteur d'évacuation de résidus de combustion et de carburant non utilisé. L'orifice 593 sert par exemple pour former un collecteur d'alimentation en liquide de refroidissement, l'orifice 594 sert par exemple pour former un collecteur d'évacuation de liquide de refroidissement. L'orifice 592 sert par exemple pour former un collecteur d'alimentation en comburant, et l'orifice 595 sert par exemple pour former un collecteur d'évacuation d'eau produite et de comburant non utilisé.
La face externe illustrée pour la plaque bipolaire 5 comporte des nervures délimitant des canaux d'écoulement pour un réactif, par exemple le carburant. La zone comprenant les canaux d'écoulement correspond à la zone active 54 de la cellule électrochimique. Les canaux d'écoulement sont ici destinés à mettre en communication les collecteurs 592 et 595. Une zone d’homogénéisation d’entrée 52 raccorde le collecteur 592 à l’entrée 545 des canaux d’écoulement de la zone active 54. Une zone d’homogénéisation d’échappement 55 raccorde le collecteur 595 à la sortie 546 des canaux d’écoulement de la zone active 54. Les figures 4 et 5 illustrent davantage la géométrie de différentes zones d’homogénéisation.
La plaque bipolaire 5 comporte ici un circuit de refroidissement à courant croisé par rapport aux flux de carburant et comburant. Les flux de carburant et de comburant sont ici parallèles. D’autres configurations peuvent bien entendu être envisagées dans le cadre de l’invention.
Le but d’une plaque bipolaire 5 selon l’invention est d’optimiser le rendement énergétique de la pile à combustible 4 sans pour autant induire une complexité structurelle excessive. Le rendement énergétique de la pile à combustible 4 peut être définie comme le rapport entre l’énergie électrique
ICG011151 FR Depot Texte.docx générée par la pile à combustible et l’énergie chimique théoriquement disponible par la consommation du carburant. Une plaque bipolaire 5 selon l’invention vise notamment à éviter la nécessité d’utilisation d’un condenseur et d’un séparateur de phase dans le circuit d’écoulement de comburant.
Les pertes de charge du circuit comburant au sein de la plaque bipolaire 5 se répartissent de la façon suivante : dP1 entre le collecteur d’entrée 592 et la zone active 54, dP2 entre la zone active 54 et le collecteur de sortie 595 et dP3 le long de la zone active au sein des canaux 541. Dans le cadre de l’invention au sein de cette plaque bipolaire 5, on recherche avantageusement à ce que les pertes de charge restent régulières et donc linéaires le plus possible et judicieusement réparties.
Ainsi, la plaque bipolaire 5 selon l’invention est configurée pour que, pour un nombre de Reynolds de l’écoulement du comburant dans la zone d’homogénéisation d’échappement 55 compris entre 1000 et 2000 :
-les pertes de charge linéaires à travers la zone d’homogénéisation d’échappement 55 constituent plus de 80 % des pertes de charge dP2, et de préférence plus de 90 % des pertes de charge dP2 ;
-la valeur dP2/dP1 est au moins égale à 2, de préférence au moins égale à 3.
Un nombre de Reynolds de l’écoulement du comburant dans la zone d’homogénéisation d’échappement 55 compris entre 1000 et 2000 est assez représentatif des conditions d’écoulement pour une pile à combustible à pleine puissance.
Des pertes de charge linéaires dans une zone d’homogénéisation sont obtenues lorsque ce comburant est canalisé de façon à former un écoulement laminaire. Des pertes de charge linéaires d’une amplitude appropriée sont par exemple obtenues par un dimensionnement adéquat de la section de passage dans cette zone d’homogénéisation, ou par une inclinaison plus ou moins marquée des canaux d’écoulement de la zone d’homogénéisation par rapport à la direction d’écoulement dans la zone active. Cette section de passage est par exemple définie par la largeur et la hauteur de canaux d’écoulement dans cette zone d’homogénéisation, et/ou la hauteur et le nombre de plots en relief éventuellement formés dans cette zone d’homogénéisation.
En configurant la zone d’homogénéisation d’échappement 55 de sorte que les pertes de charge y soient essentiellement linéaires, on améliore le rendement énergétique de la pile à combustible 4, en particulier pour des niveaux de puissance intermédiaires. En configurant la valeur dP2/dP1 à un niveau suffisant, la zone d’homogénéisation d’échappement 55 permet d’obtenir une pression de comburant à l’entrée 545 des canaux 541 présentant une amplitude relativement élevée, favorisant le rendement énergétique de la pile à combustible 4. De plus,
ICG011151 FR Depot Texte.docx cette gestion passive de la pression par l’aval de l’écoulement au sein même de la plaque bipolaire 5 permet une gestion simplifiée de l’eau formée car ne nécessite aucunement l’utilisation d’un condenseur ni d’un séparateur de phase comme dans le cas des solutions de l’état de l’art. Ainsi, le circuit d’échappement de comburant de la pile à combustible 4 peut être dépourvu de condenseur d’eau et de séparateur gaz/eau en aval du collecteur de sortie de comburant 595.
L’écoulement en aval de la zone d’homogénéisation d’échappement 55 est par exemple typiquement dépourvu de vanne de contre pression active et dépourvu d’orifices calibrés de type limiteur de débit sur la ligne comburant risquant d’induire la majeure partie des pertes de charge dans cette zone d’homogénéisation d’échappement. De telles restrictions d’écoulement sont de nature à former un écoulement turbulent du comburant et à être sensibles à la présence d’eau dans le mélange cathodique de sortie.
La figure 4 est une vue en coupe schématique d’un exemple de pile à combustible au niveau d’une zone d’homogénéisation d’entrée de comburant. La figure 5 est une vue en coupe schématique de cette pile à combustible au niveau de sa zone d’homogénéisation d’échappement de comburant. Dans la configuration illustrée, chaque assemblage membrane/électrodes 110 comporte un renfort 114 fixé à la périphérie de sa membrane 113.
Un canal d’écoulement 521 d’entrée de comburant de la zone d’homogénéisation 52 est ici illustré (des canaux d’écoulement d’entrée 521 sont notamment présents dans une zone hachurée de la flèche illustrant un écoulement). Ce canal d’écoulement 521 est notamment ménagé entre une face 525 de la plaque bipolaire 5 et un renfort d’un assemblage membrane/électrodes. La hauteur du canal d’écoulement 521 correspond à la distance entre cette face 525 et ce renfort.
Un canal d’écoulement 522 d’échappement de carburant est ménagé entre une face 526 de la plaque bipolaire 5 et un renfort 114 d’un autre assemblage membrane/électrodes 110, à la verticale de la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant.
La hauteur du canal d’écoulement 521 est ici accrue par rapport à la hauteur du canal d’écoulement 522, pour réduire les pertes de charge dans la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant 52. L’augmentation de la hauteur des canaux d’écoulement 521 permet aussi de réduire la hauteur des canaux d’écoulement 522, ce qui permet d’augmenter les pertes de charge à l’échappement de carburant, ce qui favorise l’homogénéisation du carburant dans la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant. Dans cet exemple, la somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant étant égale à la
ICG011151 FR Depot Texte.docx somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant.
La hauteur du canal d’écoulement 521 est ici supérieure à celle des canaux d’écoulement 541 de comburant de la zone active 54.
Dans cet exemple, la plaque bipolaire 5 comporte des canaux d’écoulement de carburant 542 sur une face et des canaux d’écoulement de comburant 541 sur une autre face, dans sa zone active 54. Des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement 543 sont ménagés dans la zone active 54, entre les deux faces de la plaque bipolaire.
Un canal d’écoulement 551 d’échappement de comburant de la zone d’homogénéisation 55 est ici illustré (des canaux d’écoulement d’entrée 551 sont notamment présents dans une zone hachurée de la flèche illustrant un écoulement). Ce canal d’écoulement 551 est notamment ménagé entre la face 525 de la plaque bipolaire 5 et un renfort d’un assemblage membrane/électrodes. La hauteur du canal d’écoulement 551 correspond à la distance entre cette face
525 et ce renfort.
Un canal d’écoulement 552 d’entrée de carburant est ménagé entre la face
526 de la plaque bipolaire 5 et un renfort 114 d’un autre assemblage membrane/électrodes 110, à la verticale de la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant.
La hauteur du canal d’écoulement 551 est ici réduite par rapport à la hauteur du canal d’écoulement 552, pour accroître les pertes de charge linéaires dans la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant 55. La hauteur du canal d’écoulement 551 est ici inférieure à celle des canaux d’écoulement 541 de comburant de la zone active 54.
On peut par exemple prévoir que la hauteur des canaux d’écoulement 521 soit au moins le double de celle des canaux d’écoulement 551.
La figure 6 est une vue de dessus schématique d’un exemple de plaque bipolaire 5 au niveau de sa zone d’homogénéisation d’échappement 55. Les pertes de charge linéaires dans cette zone d’homogénéisation d’échappement 55 sont ici obtenues par des canaux d’écoulement 551 présentant des sections réduites.
Une géométrie similaire peut être utilisée pour la zone d’homogénéisation d’entrée 52, avec de plus grandes profondeurs des canaux d’écoulement 521.
Une conception visant à obtenir une valeur élevée du rapport dP2/dP1 peut par exemple consister à disposer d’une section de passage moyenne dans la
ICG011151 FR Depot Texte.docx zone d’homogénéisation d’entrée 52 qui soit au moins le double de celle de la zone d’homogénéisation d’échappement 55.
L’invention vise à la fois une baisse des pertes de charge en entrée comburant (dP1) devant celles de sortie (dP2), tout en recherchant à ce qu’elles soient le plus linéaires possibles tout le long de l’écoulement.
Avantageusement, on peut configurer la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant 52 de sorte que les pertes de charge linéaires à travers celle-ci constituent plus de 80 % des pertes de charge dP1 entre le collecteur d’entrée de comburant 592 et les canaux d’écoulement de comburant 541, et de préférence plus de 90 % des pertes de charge dP1.
Ainsi, on réduit la perte de charge dans la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant 52 pour une même pression de comburant dans la zone active 54 en baissant dP1 devant dP2 et on obtient une amélioration du rendement énergétique global de la pile à combustible 4 en ayant une forte contribution linéaire de la zone d’homogénéisation 52 dans dP1.
Pour tester les caractéristiques d’une plaque bipolaire 5, on pourra positionner des capteurs de pression dans la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant 52 et dans la zone d’homogénéisation de sortie de comburant 55. Une fois la plaque bipolaire accolée de façon appropriée à un assemblage membrane/électrodes et son collecteur d’entrée de comburant alimenté par un compresseur de comburant, on pourra alors vérifier les valeurs de perte de charge dans ces zones d’homogénéisation, pour les valeurs de nombre de Reynolds données dans la zone d’homogénéisation de sortie de comburant 55.
La figure 7 est une vue de dessus schématique d’un autre exemple de plaque bipolaire 5 au niveau de sa zone d’homogénéisation d’échappement 55. Les pertes de charge linéaires dans cette zone d’homogénéisation d’échappement 55 sont ici obtenues par multitude de plots en relief 554 positionnés dans la zone 55.
Une géométrie similaire peut être utilisée pour la zone d’homogénéisation d’entrée 52, avec de plus grandes profondeurs d’écoulement ou avec des plots 554 moins hauts.
La figure 8 est un diagramme comparatif des pressions dans différentes sections de différentes configurations de piles à combustible. La courbe en trait plein correspond à une pile à combustible munie d’une plaque bipolaire selon l’invention, avec une optimisation des pertes de charge. La courbe en trait discontinu correspond à une pile à combustible munie d’une plaque bipolaire
ICG011151 FR Depot Texte.docx selon l’état de la technique présentant des limiteurs de débit. Ces limiteurs de débit induisent des pertes de charge proportionnelles au carré de la vitesse du comburant les traversant. Les plaques bipolaires présentent une même zone active.
L’optimisation dans la zone d’homogénéisation ZHE d’entrée de comburant permet de réduire la pression de comburant que la pompe doit appliquer au comburant pour obtenir une même pression à l’entrée de la zone active. La consommation électrique du compresseur est ainsi réduite. La zone d’homogénéisation d’échappement de comburant pour la plaque bipolaire selon l’invention présente des pertes de charge sensiblement homogènes sur la longueur de l’écoulement entre la zone active et le collecteur d’échappement de comburant.
La figure 9 est un diagramme comparatif de la pression relative en entrée de collecteur d’écoulement pour différentes configurations de piles à combustible, en fonction de la puissance électrique générée par ces piles à combustible.
La courbe en trait discontinu correspond à une configuration théorique présentant le rendement énergétique optimal, pour un compresseur de comburant présentant un rendement de compression donné. Plus l’écart entre cette courbe et une courbe caractéristique d’une pile à combustible réelle est important pour une puissance donnée, plus le rendement énergétique pour cette puissance est faible. La courbe en pointillés correspond à l’utilisation d’un limiteur de débit selon l’état de la technique avec une même pompe de compression. La courbe en trait plein correspond à une plaque bipolaire pour un écoulement de comburant laminaire dans la zone d’échappement, objet de l’invention. Le rendement énergétique est amélioré en particulier pour les puissances intermédiaires de fonctionnement. Une plaque bipolaire selon l’invention favorise ainsi l’utilisation d’une pile à combustible avec une certaine dynamique.
La courbe en tiret-point correspond à une plaque bipolaire selon l’invention, pour un écoulement mixte laminaire/turbulent. Même pour un tel écoulement, le rendement énergétique obtenu avec une plaque bipolaire selon l’invention reste meilleur que celui obtenu avec un limiteur de débit selon l’état de la technique (courbe en pointillés).
Le diamètre hydraulique d’un canal d’écoulement de comburant dans la zone active d’une plaque bipolaire selon l’état de la technique est typiquement compris entre 0,35 et 0,4mm. Pour un point de fonctionnement avec une pression moyenne de 1,5 bar dans la zone active, avec Stcomburant =2 (rapport du débit comburant total sur débit comburant consommé par la pile), une densité de 1,5A/cm2, le nombre de Reynolds de l’écoulement de comburant dans la zone active est de 240. Avec une configuration d’une zone d’homogénéisation
ICG011151 FR Depot Texte.docx d’échappement de comburant selon l’état de la technique, le comburant est accéléré et le nombre de Reynolds y est alors typiquement compris entre 500 et 1000. Avec une plaque bipolaire selon l’invention qui diviserait par deux la section de passage de comburant dans la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant, le nombre de Reynolds y atteindrait au maximum 2000, ce qui permettrait de conserver un régime laminaire.
On notera que plus la pompe de comburant présente un rendement de compression élevé, plus l’invention permet d’accroître le rendement énergétique de la pile à combustible 4. Ainsi, l’invention s’avère particulièrement avantageuse lorsque la pompe de comburant présente un rendement de compression au moins égal à 75%, ou de préférence au moins égal à 80%.
La figure 10 est une vue de dessus schématique d’une autre plaque bipolaire 5 donnée à titre d’exemple. Les plaques bipolaires 5 comportent ainsi des orifices 591 à 593 au niveau d'une première extrémité longitudinale, des orifices 594 à 596 au niveau d'une deuxième extrémité longitudinale. La plaque bipolaire 5 comporte ici un circuit de refroidissement à courant parallèle par rapport aux flux de carburant et comburant.
L'orifice 591 forme un collecteur d'alimentation en carburant, l'orifice 596 forme un collecteur d'évacuation de résidus de combustion. L'orifice 593 forme un collecteur d'alimentation en liquide de refroidissement, l'orifice 594 forme un collecteur d'évacuation de liquide de refroidissement. L'orifice 592 forme un collecteur d'alimentation en comburant, et l'orifice 595 forme un collecteur d'évacuation d'eau produite et de comburant non utilisé.
Des canaux de liquide de refroidissement sont donc superposés à des canaux d’écoulement de comburant et de carburant des zones d’homogénéisation 52 et 55.
Dans cet exemple, on peut moduler la profondeur des canaux d’écoulement de comburant et/ou de carburant dans une zone d’homogénéisation 52 ou 55, en adaptant de façon correspondante la profondeur des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement dans cette zone d’homogénéisation. La modification de la profondeur des canaux de liquide de refroidissement peut en effet avoir moins d’incidence sur les paramètres de fonctionnement que la modification de la profondeur des canaux d’écoulement d’un autre réactif.
Ainsi, pour réduire la hauteur des canaux d’écoulement de comburant dans la zone d’homogénéisation 55, on pourra utiliser des canaux de liquide de refroidissement superposés présentant une hauteur supérieure à la hauteur des canaux de liquide de refroidissement dans la zone active 54.
ICG011151 FR Depot Texte.docx
De façon similaire, pour pouvoir augmenter la hauteur des canaux d’entrée de comburant dans la zone d’homogénéisation 52, on pourra utiliser des canaux de liquide de refroidissement superposés présentant une hauteur inférieure à la hauteur des canaux de liquide de refroidissement dans la zone active 54.
ICG011151 FR Depot Texte.docx

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Plaque bipolaire (5) pour pile à combustible à membrane échangeuse de protons (4), comportant :
    -un collecteur d’entrée de comburant (592) et un collecteur de sortie de comburant (595) ;
    -des canaux d’écoulement (541) de comburant d’une zone active (54) ;
    -une zone d’homogénéisation d’entrée (52) reliant les canaux d’écoulement de comburant (541) au collecteur d’entrée de comburant (592) ;
    -une zone d’homogénéisation d’échappement (55) reliant les canaux d’écoulement de comburant (541) au collecteur de sortie de comburant (595); Caractérisée en ce que, pour un nombre de Reynolds de l’écoulement du comburant dans la zone d’homogénéisation d’échappement (55) compris entre 1000 et 2000 :
    -des pertes de charge linéaires à travers la zone d’homogénéisation d’échappement (55) constituent plus de 80 % des pertes de charge dP2 entre la zone active (54) et le collecteur de sortie de comburant (595) ;
    -la valeur dP2/dP1 est au moins égale à 2, avec dP1 les pertes de charges entre le collecteur d’entrée de comburant (592) et la zone active (54).
  2. 2. Plaque bipolaire (5) selon la revendication 1, dans laquelle la section de passage moyenne dans la zone d’homogénéisation d’entrée (52) est au moins le double de celle de la zone d’homogénéisation d’échappement (55).
  3. 3. Plaque bipolaire (5) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle la zone d’homogénéisation d’entrée (52) et la zone d’homogénéisation d’échappement (55) comportent des canaux d’écoulement, les canaux d’écoulement dans la zone d’homogénéisation d’entrée (52) présentant une profondeur au moins double de celle des canaux d’écoulement (551) dans la zone d’homogénéisation d’échappement (55).
  4. 4. Plaque bipolaire (5) selon la revendication 3, dans laquelle la profondeur des canaux d’écoulement (521) de la zone d’homogénéisation d’entrée (52) est strictement supérieure à celle des canaux d’écoulement (541) de comburant de la zone active (54).
  5. 5. Plaque bipolaire selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comportant : -un collecteur d’entrée de carburant (591) et un collecteur d’évacuation de carburant (596) ;
    -des canaux d’écoulement de carburant (542) de la zone active ;
    ICG011151 FR Depot Texte.docx
    -une zone d’homogénéisation d’entrée de carburant reliant les canaux d’écoulement de carburant au collecteur d’entrée de carburant (591) ;
    -une zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant (596) reliant les canaux d’écoulement de carburant (542) au collecteur d’évacuation de carburant (596) ;
    -une partie de la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant étant superposée à la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant ;
    -une partie de la zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant étant superposée à la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant, la somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’évacuation de carburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de comburant étant égale à la somme de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant et de la hauteur de la zone d’homogénéisation d’entrée de carburant.
  6. 6. Plaque bipolaire selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, comportant : -un collecteur d’entrée de liquide de refroidissement (593) et un collecteur d’évacuation de liquide de refroidissement (594) ;
    -des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement (543) de la zone active ;
    -une zone de liaison entre le collecteur d’entrée de liquide de refroidissement (593) et lesdits canaux d’écoulement de liquide de refroidissement (543) ;
    -une zone de liaison entre le collecteur de sortie de liquide de refroidissement (594) et lesdits canaux d’écoulement de liquide de refroidissement (543) ;
    -une partie d’une zone de liaison étant superposée à la zone d’homogénéisation d’échappement de comburant, la hauteur de la zone de liaison superposée étant supérieure à la hauteur des canaux d’écoulement de liquide de refroidissement (543) de la zone active.
  7. 7. Plaque bipolaire (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la zone d’homogénéisation d’entrée (52) et la zone d’homogénéisation d’échappement (55) comportent des plots (554) en relief.
  8. 8. Plaque bipolaire (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle des pertes de charge linéaires à travers la zone d’homogénéisation d’entrée (52) constituent plus de 80 % des pertes de charge dP1 entre la zone active (54) et le collecteur d’entrée de comburant (592).
  9. 9. Pile à combustible (4), comprenant :
    ICG011151 FR Depot Texte.docx
    -une plaque bipolaire (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes ;
    -un assemblage membrane/électrodes (110) comprenant une membrane échangeuse de protons (113) et une cathode (112) recouvrant une partie
    5 médiane de la membrane échangeuse de protons et recouvrant la zone active (54) de la plaque bipolaire (5).
  10. 10. Pile à combustible (4) selon la revendication 9, comprenant une pompe configurée pour alimenter le collecteur d’entrée de comburant (592) en
    10 comburant sous pression.
  11. 11. Pile à combustible (4) selon la revendication 10, dans laquelle ladite pompe présente un rendement de compression de comburant au moins égal à 75 %.
  12. 15 12. Pile à combustible selon la revendication 10 ou 11, la pile à combustible étant dépourvue de condenseur d’eau et de séparateur gaz/eau en aval du collecteur de sortie de comburant (595).
    ICG011151 FR Depot Texte.docx
FR1757528A 2017-08-04 2017-08-04 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons Active FR3069961B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1757528A FR3069961B1 (fr) 2017-08-04 2017-08-04 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons
CN201880058216.XA CN111052469B (zh) 2017-08-04 2018-07-24 用于改善质子交换膜燃料电池的效率的双极板
PCT/FR2018/051892 WO2019025701A1 (fr) 2017-08-04 2018-07-24 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons
EP18773527.9A EP3662529A1 (fr) 2017-08-04 2018-07-24 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1757528A FR3069961B1 (fr) 2017-08-04 2017-08-04 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons
FR1757528 2017-08-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3069961A1 true FR3069961A1 (fr) 2019-02-08
FR3069961B1 FR3069961B1 (fr) 2022-07-08

Family

ID=60081015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1757528A Active FR3069961B1 (fr) 2017-08-04 2017-08-04 Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3662529A1 (fr)
CN (1) CN111052469B (fr)
FR (1) FR3069961B1 (fr)
WO (1) WO2019025701A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112909284A (zh) * 2021-04-09 2021-06-04 上海兰友科技有限公司 具有等腰三角形区域的用于燃料电池的双极板及燃料电池
DE102021115601A1 (de) * 2021-06-16 2022-12-22 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Strömungselement, Bipolarplatte und Brennstoffzelleneinrichtung
CN116404190A (zh) * 2023-05-29 2023-07-07 北京亿华通科技股份有限公司 燃料电池流场分配装置、燃料电池、发动机及车辆
FR3166759A1 (fr) 2024-09-24 2026-03-27 Inocel Development Structure de plaque bipolaire à deux plans de soudure pour pile à combustible

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060078763A1 (en) * 2002-11-11 2006-04-13 Antonino Toro Electrochemical generator
JP2006294503A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nippon Soken Inc 燃料電池及び燃料電池用ガスセパレータ
US20100129694A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
US20110183227A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5197995B2 (ja) * 2007-05-24 2013-05-15 本田技研工業株式会社 燃料電池
CN106571472B (zh) * 2016-11-10 2019-07-12 上海交通大学 一种增强流体均匀性的燃料电池金属双极板组件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060078763A1 (en) * 2002-11-11 2006-04-13 Antonino Toro Electrochemical generator
JP2006294503A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Nippon Soken Inc 燃料電池及び燃料電池用ガスセパレータ
US20100129694A1 (en) * 2008-11-26 2010-05-27 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell
US20110183227A1 (en) * 2010-01-27 2011-07-28 Honda Motor Co., Ltd. Fuel cell stack

Also Published As

Publication number Publication date
CN111052469B (zh) 2023-09-15
WO2019025701A1 (fr) 2019-02-07
EP3662529A1 (fr) 2020-06-10
FR3069961B1 (fr) 2022-07-08
CN111052469A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3170220B1 (fr) Plaque bipolaire pour réacteur électrochimique a zone d'homogénéisation compacte et a faible différentiel de pression
FR3069961A1 (fr) Plaque bipolaire pour ameliorer le rendement d'une pile a combustible a membrane echangeuse de protons
EP3175502B1 (fr) Réacteur électrochimique équilibrant les pertes de charge des zones d'homogénéisation cathode/anode
EP3092672B1 (fr) Plaque de guidage d'ecoulement pour pile a combustible
EP3985766B1 (fr) Plaque bipolaire de cellule électrochimique à pertes de charge réduites
EP3514875B1 (fr) Ensemble de cellules pour adaptation de puissance de reacteurs electrochimiques
EP3686976A1 (fr) Plaque bipolaire pour homogeneiser les temperatures de liquide de refroidissement
WO2012130932A1 (fr) Pile a combustible a membrane d'echange de protons presentant une duree de vie accrue
EP2692005B1 (fr) Pile a combustible a membrane d'echange de protons presentant une duree de vie accrue
EP3092671B1 (fr) Plaque de guidage d'ecoulement pour pile a combustible
FR3026232A1 (fr) Plaque de guidage d’ecoulement d’un fluide pour reacteur electrochimique et ensemble comportant cette plaque
EP3103154B1 (fr) Procédé d'empilement d'assemblages membrane/electrodes simplifié
EP3686977A1 (fr) Plaque bipolaire pour homogeneiser la temperature de liquide de refroidissement
EP3482437B1 (fr) Pile à combustible comprenant un assemblage membrane/électrodes incluant une couche capacitive
EP3341993B1 (fr) Pile a combustible pour optimiser l'humidification de l'air
FR3019383A1 (fr) Pile a combustible a fonctionnement optimise
EP3761420A1 (fr) Dispositif de diffusion gazeuse pour réduire les pertes de charge
FR2997230A1 (fr) Pile a combustible a membrane echangeuse de protons presentant une duree de vie et des performances accrues
FR2973580A1 (fr) Pile a combustible a membrane d'echange de protons presentant une duree de vie accrue

Legal Events

Date Code Title Description
PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20190208

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9